影响定向空心叶片陶瓷型芯性能的一个重要因素──方石英含量的控制

本文对某型号发动机定向空心涡轮叶片生产中陶瓷型芯的性能进行统计分析，力图弄清方石英含量对陶瓷型芯综合性能及其对定向凝固无余量空心叶片生产的影响。     

国外定向和单晶空心叶片用型芯的工艺特点EI

本文对国外空心叶片用陶瓷型芯发展现状作一评述，着重介绍用于定向和单晶空心叶片生产的氧化铝型芯材料和工艺特点。     

定向硅基型芯的预烧结

本文研究了定向凝固用硅基陶瓷型芯的预烧结工艺对型芯组织性能及对终烧线尺寸变化的影响,并对定向硅基型芯进行了质量分析,提出了高质量定向硅基型芯应具有的最小强度值和适量的方石英含量,所得结果已通过小批量生产验证,对大批量生产定向空心叶片有直接指导意义。     

高温合金空心叶片精密铸造用陶瓷型芯与型壳的研究现状

介绍了高温合金空心叶片熔模铸造用陶瓷型芯与型壳的应用背景,及其对于高温合金空心叶片精密成形的重要意义,概述了采用熔模铸造工艺制备高温合金空心叶片对陶瓷型芯与型壳各项性能的基本要求;并指明了陶瓷型芯与型壳今后的发展方向。分别叙述了陶瓷型芯与型壳基体材料的选择、制备工艺及其对性能的影响,介绍了陶瓷型芯脱除工艺的研究进展及存在的问题。另外,对于陶瓷型芯与型壳定位的精确度、性能匹配性对高温合金空心叶片质量影响进行了评述。     

空心叶片复杂硅基陶瓷型芯的粉料粒度

一、前言 随着气冷技术的发展,空心叶片内腔的形状日趋复杂,一般只能采用陶瓷型芯,因此,陶瓷型芯是铸造空心叶片的关键。目前陶瓷型芯应用最广的是石英玻璃基型芯,这类陶瓷型芯热膨胀系数小,热稳定性好,室温强度良好,且易脱芯。其缺点是在定向、单晶凝固时,陶瓷型芯处于1520～1600℃的高温下长达0.5～1h,时常产生严重变形甚至断裂,造成叶片内腔畸变或露芯。     

高效气冷空心叶片用陶瓷型芯的工艺研究

通过对陶瓷型芯基体粉料的选用、配比以及烧结温度的试验,研究出适合燃气轮机高效气冷空心叶片批生产使用要求的陶瓷型芯。     

清华大学摩擦学国家重点实验室吕志刚课题组在陶瓷增材制造领域取得新进展

正近日,清华大学摩擦学国家重点实验室吕志刚课题组在陶瓷增材制造研究上取得新进展。他们利用光固化陶瓷增材制造技术制备复杂陶瓷型芯并进行了单晶叶片浇注验证,型芯性能满足单晶叶片的浇注要求。相关成果以《复杂陶瓷型芯增材制造及浇注工艺验证》为题,于2021年2月发表在《机械工程学报》上,并被选为封面文章。熔模铸造是航空发动机空心涡轮叶片的核心成形工艺,而陶瓷型芯是获得叶片内腔的重要基础。由于叶片冷却效率提升的需要,叶片内腔结构日趋复杂,而对应     

液态硅树脂对氧化铝基陶瓷型芯性能的影响

航空发动机上的叶片是航空发动机的"心脏"部件,叶片性能的好坏对航空发动机的性能起决定性作用。高性能空心叶片的制备对生产综合性能高的陶瓷型芯提出了更高的要求。以球形氧化铝粉末为基体材料,液态硅树脂为粘结剂,利用干压法制备陶瓷型芯素坯并使用管式电炉在空气气氛中烧结。系统研究了不同烧结温度和液态硅树脂含量对陶瓷型芯相组成、显微组织和烧结性能的影响。结果表明,添加液态硅树脂对陶瓷型芯抗弯强度、线性收缩率、显气孔率和体积密度影响显著。相同烧结温度下,陶瓷型芯样品线性收缩率和抗弯强度随液态硅树脂量的增大而增大,而显气孔率和体积密度则相应减小。当液态硅树脂质量分数为0.8%时,陶瓷型芯显气孔率和体积密度变化最为稳定,线性收缩率也能保证良好的尺寸精度;当烧结温度为1550℃时,抗弯强度达到最大值50.76 MPa。     

金属Al粉对氧化硅基陶瓷型芯的性能及组织的影响

本工作以石英玻璃粉作为基体材料, 白刚玉粉作为矿化剂, 金属Al粉作为添加剂, 制备了氧化硅基陶瓷型芯。研究了不同含量金属Al粉对氧化硅基陶瓷型芯收缩率、物理性能、显微组织和相组成的影响。研究结果表明, 在型芯烧结过程中, 金属Al粉受热氧化形成Al₂O₃, 伴随着体积膨胀和重量增加, 可以抑制陶瓷型芯的烧结收缩和铸造收缩。Al粉对烧结过程中的方石英析晶无明显抑制作用, 铸造过程中由于型芯骨架结构的松散程度增加, 型芯的高温抗变形能力降低。当铝粉含量为1wt%时, 陶瓷型芯综合性能良好, 三维方向的烧结收缩率分别为0.01%、0.03%、0.03%, 气孔率为28.58%, 挠度为0.57 mm, 抗弯强度为12.1 MPa。制备的陶瓷型芯能够满足高温合金定向凝固需求, 并有望能提高空心涡轮叶片的内腔尺寸精度。     

单晶空心叶片氧化硅基陶瓷型芯材料及性能研究

随着航空技术的发展,发动机涡轮前进口温度不断升高,现有的高温合金材料的承温能力已经达到极限,改变叶片的冷却结构、提高冷却效率成为发动机设计和制造者追求的目标,由于高效气冷叶片的内腔形状十分复杂,锻压、电化学加工等传统方法已经显得无能为力,只有采用熔模精密铸造技术才能解决这一难题,而这项技术关键在于陶瓷型芯的研究,氧化硅基陶瓷型芯承温能力能够满足定向、单晶空心叶片的浇注要求,且比氧化铝型芯更容易脱除.因此本文对氧化硅基陶瓷型芯材料及性能进行了深入的研究.实验以石英玻璃粉和氧化锆为原料,用热压注法成型,借助粒度分析设备研究原材料的粒度及分布对材料及性能的影响；利用差热分析和热失重分析,确定陶瓷型芯的排塑工艺及烧结制度；利用三点弯曲法测定型芯的力学性能；通过XRD、SEM等分析手段研究型芯的相组成和微观形貌.     

定向凝固和单晶高温合金及涡轮叶片的发展

北京航空材料研究所对定向凝固及单晶高温合金及工艺进行了多年卓有成效的研究,建立了先进的定向凝固设备,发展了定向凝固工艺,研制了一系列高性能定向和单晶高温合金;对合金设计、热处理、合金元素的作用进行了分析研究,为确定合适的化学成分及选定最佳工艺参数提供了可靠的基础;进行了精密铸造工艺的研究,发展了无余量铸造技术和用于定向及单晶的陶瓷型壳和型芯,并用此发展了多种航空定向和单晶叶片,特别是研制和批生产了用于先进航空发动机的DZ22无余量具有复杂内冷通道的空心涡轮叶片。现在,其主要目标是研制无余量的单晶空心叶片及其他单晶课题。     

空心叶片残芯检查的新方法EI

空心叶片残芯检查的新方法铸造空心叶片时，要采用氧化硅基或氧化铝基的陶瓷型芯。叶片浇注后，进行脱芯以形成空腔。但有时脱芯不干净，残留在叶片空腔内的型芯会造成冷却通道堵塞，产生严重后果。所以空心叶片应进行残芯检查。目前，检查空心零件内的残芯多采用中子射线...     

空心叶片残芯检查的新方法

空心叶片残芯检查的新方法铸造空心叶片时，要采用氧化硅基或氧化铝基的陶瓷型芯。叶片浇注后，进行脱芯以形成空腔。但有时脱芯不干净，残留在叶片空腔内的型芯会造成冷却通道堵塞，产生严重后果。所以空心叶片应进行残芯检查。目前，检查空心零件内的残芯多采用中子射线...     

一种复杂空心叶片陶瓷型芯模具夹紧机构的改进EI

途述了某发动机空心叶片陶瓷型芯模具夹紧机构的改进及原理分析。新的夹紧机构设计合理，夹紧力大，操作方便，生产效率高，适用于批生产。     

烧结温度对3D打印硅基陶瓷型芯表面形貌及粗糙度的影响

单晶高温合金空心叶片是航空发动机的重要部件, 其内腔结构是采用陶瓷型芯制备的。随着航空发动机推重比提高, 型芯结构越来越复杂, 传统制备工艺受限, 光固化3D打印陶瓷型芯技术为复杂结构型芯的制备提供了一种可行方案。为了改善光固化3D打印陶瓷型芯因台阶效应导致的表面粗糙度较大的问题, 本研究利用固含量体积分数63%的硅基型芯浆料进行光固化3D打印型芯, 并在1100~1300 ℃对型芯素坯进行烧结, 对烧成的硅基陶瓷型芯的微观结构、元素分布、相组成、型芯打印面和打印堆积方向的表面形貌和粗糙度进行分析。研究发现型芯打印面平整, 无明显表面缺陷, 1100、1200和1300 ℃烧结型芯的打印面粗糙度分别为1.83、1.24和1.44 μm; 片层堆积方向的表面有片层结构特征, 片层间出现微裂纹, 1200 ℃以上烧结的型芯表面粗糙度达到空心叶片使用要求(R_a≤2.0 μm)。结果表明不同烧结温度会改变型芯烧结过程中的液相含量、莫来石生成量、莫来石生成形态和颗粒间玻璃相的分布, 从而对光固化3D打印硅基陶瓷型芯的表面粗糙度产生明显影响。光固化3D打印陶瓷型芯技术结合烧结工艺能制备出满足先进空心叶片用硅基陶瓷型芯表面要求的粗糙度。     

面向单晶涡轮叶片的氧化硅基陶瓷型芯快速成形性能EI北大核心CSCD

将光固化成型和凝胶注模技术相结合成形涡轮叶片陶瓷型芯,克服了熔模铸造中陶瓷型芯制备周期长、成本高、响应慢等不足,对新型复杂结构单晶叶片的快速研制具有重要意义。研究氧化硅基陶瓷型芯的高温强度和收缩率演变规律,探究了纳米氧化锆和铝粉的添加量以及烧结时间对其影响。通过场发射扫描电镜对样件的微观形貌进行表征,采用三点抗弯法测试了样件的高温强度。结果表明:当纳米氧化锆质量分数为2.16%、铝粉质量分数为9.8%、烧结时间为3.9 h时,氧化硅基陶瓷型芯的高温强度达到14.3 MPa,满足单晶叶片定向凝固铸造需求。制备的陶瓷型芯表面无明显裂纹,结构完整,成型质量较好。     

定向硅基型芯生产使用中的重点问题

本文叙述了定向硅基陶瓷型芯生产使用中的几个关键问题，并首次公开提出粒度级配，压注压力，使用加热工艺等在国内外保密的重要工艺参数，对定向硅基陶瓷型芯的生产使用具有重要指导意义。     

一种独特的陶瓷型芯新工艺

美国通用电器公司研究了一种独特的陶瓷型芯材料,因此,使该公司的铸造工艺有了新的突破,它将首次允许采用定向共晶高温合金来制造空心的、形状复杂的喷气发动机零件。 定向共晶高温合金,是人们所知的最强、最耐高温的合金之一,现正处在最后的研制阶段,据称,它很可能被用于正在研制的八十年代先进飞机的燃气涡轮叶片和其它零件。由于这种合金的耐高温能力强,故可使发动机的耗油率下降1%,并使推力提高17%。 很早以前,人们就知道氧化铝是一种化学性能符合要求的型芯材料,它是很少几种不与熔融共晶高温合金反应的材料之一。但是,由于化学溶解度和退让性差,取消了它用作型芯的资格。主要的障碍是化学溶解度,通常认为普通     

粉料粒度对定向空心叶片陶瓷型芯质量的影响

通过几种陶瓷型芯粉料粒度及其叶片浇成率的对比，力图弄清陶瓷型芯质量不稳定的原因，寻找提高叶片合格率的措施。文中对不同粉料粒度的型芯之烧结机理进行了讨论。     

粉料粒度对定向空心叶片陶瓷型芯质量的影响EI

通过几种陶瓷型芯粉料粒度及其叶片浇成率的对比，力图弄清陶瓷型芯质量不稳定的原因，寻找提高叶片合格率的措施。文中对不同粉料粒度的型芯之烧结机理进行了讨论。